Question

19．在测额定电压为2.5V小灯泡（电阻大约为10Ω左右）额定功率的实验时，小明连接了如图甲所示的电路，其中电源电压为6V．
（1）在连接电路时，开关必须断开．请将实物电路连接完整（要求：开始实验前滑动变阻器的滑片应在最左端）．
（2）若在连接电路时，有A（10Ω 1A）和B（20Ω 1A）两个滑动变阻器可供选择，则应该选择变阻器B（填“A”或“B”）连入电路，才能保证实验顺利进行．而不选择另一个滑动变阻器的理由是滑动变阻器分的电压比灯泡的大，所以电阻必须大．

（3）小明合理地连接好电路，闭合开关，发现无论怎样调节滑动变阻器灯泡都不亮．小明分析后发现是灯泡或滑动变阻器的故障．请你依据表一中电流表、电压表示数出现的几种情况，帮小明判断故障原因，并将其填写在表一对应的空格中．
 表一：

电流表示数	电压表示数	可能的故障原因
0	0
0	不为0

表二：

U/V	I/A	P/W	灯泡亮度	P平均值/W
2	0.25	0.5	暗
2.5			亮
2.8	0.32	0.896	很亮

（4）排除故障后，小明调节变阻器滑片的位置，使小灯泡两端电压分别为2V，测出通过小灯泡的电流，并观察发光情况，记录在表二中．若要测量小灯泡的额定功率，则滑片P应向B端（A/B）移动，当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，此时小灯泡电阻是8.33Ω（计算结果保留两位小数）．小灯泡的额定功率是0.75W．此他又测量出为电压为2.8V时小灯泡通过的电流，并观察发光情况，记录在表二中，并对小灯泡功率求平均值．这样处理数据的方法是否正确？不正确，其理由是小灯泡在不同的电压下的实际功率不同，求平均值没有任何意义．
（5）从表格二的数据我们还可以总结得到的结论是小灯泡实际功率越大，灯泡越亮，灯泡亮度取决于它的实际功率．

Answer 1

分析 （1）为了保护电路，连接电路时，开关必须断开；根据灯泡的额定电压确定电压表的量程且与灯泡并联，根据欧姆定律求出此时通过灯泡的电流确定电流表的量程且与滑动变阻器串联，并注意电表正负接线柱的连接，滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中．
（2）当灯泡正常工作时，根据串联电路的电压特点可知滑动变阻器两端的电压，根据欧姆定律求出滑动变阻器接入电路的阻值，据此选择滑动变阻器．
（3）灯泡不亮可能是电路断路或灯泡短路：如果灯泡断路，电流表无示数，电压表串联在电路中，测电源电压；如果灯泡以外的电路断路，电流表无示数，电压表也无法测电压，电压表示数为0；如果灯泡短路，电路是通路，电流表有示数，电压表测导线电压，示数为0．
（4）小灯泡额定电压下的功率等于额定功率；根据电流表的量程和分度值读出灯泡正常发光时的电流，根据欧姆定律求出此时小灯泡电阻，根据P=UI求出小灯泡的额定功率；用电器不同电压下的实际功率不同；
（5）小灯泡实际功率越大，两端越亮．

解答 解：（1）在连接电路时，为防止连接最后一根导线时，电路中电流过大烧坏电路元件，所以开关应断开；
灯泡的额定电压为2.5V，所以电压表的量程为0～3V，且与灯泡并联；灯泡的额定电流约为I=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{10Ω}$=0.25A＜0.6A，所以电流表的量程为0～0.6A，且与滑动变阻器串联；注意电流从正接线柱流入负接线柱流出；滑动变阻器按一上一下的原则串联在电路中．如图所示：

（2）灯泡正常工作时，滑动变阻器两端的电压U_R=U-U_L=6V-2.5V=3.5V，
滑动变阻器接入电路的电阻R=$\frac{{U}_{R}}{I}$=$\frac{3.5V}{0.25A}$=14Ω＞10Ω，故滑动变阻器应选B（20Ω 1A）；
（3）①灯泡灯丝断了，电路断路，电流表示数为0，电压表串联在电路中，测电源电压，示数不为0，
②灯泡短路，电路是通路，电流表有示数，电压表测导线电压，示数为0，
③滑动变阻器开路，电路断路，电流表示数为0，电压表无法测电压，示数为0：
表格如下：

电流表	电压表	故障原因
示数不为0	示数为0	灯泡短路
示数为0	示数不为0	灯泡断路

；
（4）要测量小灯泡的额定功率，需使小灯泡两端电压由2V增大至2.5V，滑动变阻器连入电路的电阻变小，即滑片向下接线柱移动；
电流表的量程为0～0.6A，分度值为0.02A，所以灯泡正常工作时的电流为0.3A；
此时小灯泡电阻为R=$\frac{U}{I}$=$\frac{2.5V}{0.3A}$≈8.33Ω；
小灯泡的额定功率为P=UI=2.5V×0.3A=0.75W；
由P=UI可知，小灯泡消耗的实际功率随两端电压的增大而增大，求不同电压下的功率平均值没有实际意义；
（5）由表二中数据可以看出，小灯泡的实际功率由0.5W增大至0.75W、0.896W时，亮度分别为：暗、亮、很亮，可知：小灯泡的实际功率越大，亮度越亮，灯泡的亮度是由消耗的实际功率决定的．
故答案为：（1）断开；实物电路如上；（2）B；滑动变阻器分的电压比灯泡的大，所以电阻必须大；（3）变阻器电路断路，灯断路；表格如上；（4）B；8.33；0.75；不正确；小灯泡在不同的电压下的实际功率不同，求平均值没有任何意义；（5）小灯泡实际功率越大，灯泡越亮，灯泡亮度取决于它的实际功率．

点评 本题考查根据实物图画电路图和电流表的读数、电路连接注意事项以及额定功率的计算和对电路故障的分析等，是一道综合题目，对于电学知识要求全面掌握．